Состояние окружающей среды Нововолынского горнопромышленного региона

УДК 504.05

Состояние окружающей среды Нововолынского горнопромышленного региона

Научный руководитель –

г. Львов, Львовский государственный университет безопасности жизнедеятельности

Львовско-Волынский угольный бассейн расположен на границе Львовской и Волынской областей Украины и охватывает правый и левый берега Буга. На севере бассейна поверхность волнистая, с высотами 244-270 м. Там много оврагов, балок, а в ландшафте преобладает пашня, занимающая свыше 60% территории. Общие геологические запасы угля исчисляются в 2 млрд. т, а балансовые составляют 1,4 млрд. т.

На территории Нововолынского горнопромышленного района действуют четыре шахты. Горнодобывающая деятельность сопровождается интенсивным изменением естественного энерго и массопереносу. Из недр на поверхность земли попадают огромные массы угля, горных пород и подземных вод и это приводит к развитию многих негативных явлений, которые снижают экологическое состояние региона. В Нововолынском горнопромышленном районе происходит существенное превращение условий гидрогеологии, изменение баланса и режима подземных вод, проседание земной поверхности, образования высоко минерализованных кислотных вод.

При проведении комплексных исследований в регоне определено, что наиболее опасными для окружающей среды являются терриконы угольных шахт. Результаты исследования почв показали, что содержание гумуса в почвах на разных участках террикона имеет следующие показатели: в местах горения терриконов и у подножия обнаружены высокогумусные почвы с содержанием - 3,28-5,9%; на рекультивированной части отвала - составляет 0,45-4,52%; в перегоревших породах колеблется в пределах 2,36-9,96%, что отвечает высокогумусным почвам. Величина рН почв играет важную роль в процессе развития растительности и значительно влияет на процесс фитомеллиорации. Кислая реакция почв неблагоприятная для большинства культурных растений и полезных микроорганизмов. Из-за недостаточного количества основ органическое вещество в этих почвах не закрепляется, почвы обеднены питательными веществами.

Гидролитическая кислотность проявляется во время действия на почву раствора гидролитической щелочной соли сильной основы и слабой кислоты, когда происходит более полное вытеснение азота и других кислотных ионов. Пробы, которые отвечают рекультивированным почвам, показали гидролитическую кислотность 3,15-9,45 мг екв/100 грамм почвы, перегоревшие породы, - 10,15-16,80 мг екв/100 грамм почвы. В местах горения гидролитическая кислотность высока и составляет 4,96-6,72 мг екв/100 грамм почвы. Почвы у подножия террикона насыщенны основами, потому, гидролитическая кислотность для них не определяется. В результате проведенных исследований обнаружены существенные отличия физико-химического состава почв в местах горения от фоновых значений у подножия террикона.

Измерение мощности эквивалентной дозы фотонного ионизирующего излучения осуществлялось в городах Львов, Червоноград, Сокаль, Нововолынск.

Собственные исследования проводились за двумя направлениями:

-        определение радиационного фона в городах Львовско-Волынского угольного бассейна;

-        определение радиационного фона на разных уровнях отвалов угольных шахт.

Допустимая доза радиационного фона составляет 0,3 мкЗв/ч.  Анализ полученных результатов показал, что мощность эквивалентной дозы фотонного ионизирующего излучения в городах Львовско-Волынского угольного бассейна на отдельных участках превышает среднее значение (0,11 мкЗв/ч) и ровное 0,25 мкЗв/ч.

Измерение мощности эквивалентной дозы фотонного ионизирующего излучения на терриконах проводилось на трех уровнях – подошве, середине вершине. На уровне 15 м от подошвы террикона, мощность излучения значительно больше, чем на других участках.

В результате проведенных измерений фотонного ионизирующего излучения в городах Львовско-Волынского угольного бассейна и на отвалах угольных шахт определенно:

1. В городах, которых осуществляется добыча угля (Червоноград, Нововолынск) мощность эквивалентной дозы фотонного ионизирующего излучения выше, чем в других городах бассейна.

2. На отдельных участках отвалов шахт излучения превышает допустимую норму 0,3 мкЗв/ч и равно 0,34 мкЗв/ч.

В результате самовоспламенения терриконов происходит: загрязнение окружающей среды через испарения токсичных газов; образование химических соединений, которые загрязняют водоносные горизонты; перегорание породы и образование провалов, которые препятствуют процессу фитомелиорации на отвалах.

На данный момент нет единственной мысли о причине самовоспламенения горных пород. Многие специалисты считают, что причиной самовоспламенения пород является их взаимодействие с кислородом атмосферного воздуха. Согласно практики, самовозгораются, обычно, влажные горные породы при слабой аэрации их поверхности. Очаги самовоспламенения пород часто оказываются во время  выделений сульфатов железа и серной кислоты. Образование этих веществ возможно только при окислительном выщелачивании пирита, который содержится в породах.

По одной из версий причиной самовоспламенения терриконов в Донбассе являются тионовые бактерии (Th. ferrooxidans), которые содержатся в шахтных водах [1]. Эти бактерии распространенные повсеместно. Они не теряют свою активность при замерзании воды, переносят высокую температуру и выдерживают огромное давление. Живут во всех угольных месторождениях и минералах, которые содержат серу.

При проведении опытов в лабораторных условиях [1] со смесью воды и угля за внешними признаками не было обнаружено никаких изменений. Зато, внутри под воздействием бактерий, что содержится в угле и глинистых породах минерал пирит распадался на два компонента: серную кислоту и двухвалентное железо. Но не вся сера превращается в кислоту, частично она остается в виде коллоидного раствора бурого цвета и под воздействием бактерий начинает нагреваться. Приспосабливаясь к теплу, изменяются бактерии. Из капель они становятся нитями и палками, потом приобретают сферическую форму.

При повышении температуры к 120°С сера кипит и выделяется пара. Чем выше температура, тем более пары. Достигнув 240—260°С пары серы воспламенялись, а биохимический процесс сменялся химическим. Новые вещества, превращаясь, включаются в горение, которое сопровождается температурой 1800°С и выше. Тогда, недра шахт и терриконов настолько накаляются, что начинает плавиться порода. Порой можно увидеть, что из террикона, словно лава из вулкана, выливается накаленная масса. При этом бактерии погибают, начав процесс горения [1].

Во время проведения полевых исследований было обнаружено, что у подножия террикона температура поверхности равняется +120С, влажность породы – 9,1% (глубина 5 см), мощность эквивалентной дозы фотонного ионизирующего излучение – 0,14 мкЗв/ч. Процессы самовоспламенения отсутствуют. Влажность породы на глубине 15 см – 19,9%; 20 см – 14,3%; 50 см – 17,1%. 

На вершине температура поверхности террикона +7-120С, влажность породы – 35%, мощность эквивалентной дозы фотонного ионизирующего излучение – 0,9-0,14 мкЗв/ч. Процессы самовоспламенения отсутствуют.

Процессы горения породы наблюдаются на среднем уровне террикона. Измерив значение относительной влажности на разной глубине в местах горения можно увидеть, что она уменьшается с глубиной.

Горные работы оказывают прямое воздействие на окружающую среду, нарушают природные процессы. Результат этого – полная или частичная трансформация ландшафтов, возникновения терриконов, карьеров, разрезов. Заращивания породных отвалов угольных шахт играет важную роль в улучшении экологического состояния угледобывающего региона. Основным мероприятием для озеленения техногенных ландшафтов является рекультивация [2, 3].

Полевые исследования Нововолынского горнопромышленного региона показали, что на терриконах растут и развиваются такие лесные культуры как: Rubus caesius L., Tussilago farfara L., Sanguisorba officinalis L., Cirsium arvense L., Capex pilosa Scop., Daucus carota L., Equisetum arvense L., Tnifolium campestre Schreb., Artemisia vulgaris L., Plantago major L., Chenopodium album  L.,  Artemisia absinthium L., Chamomilla suaveolens (Purch) Rydb., Achillea submille-folium Klok., Atriplex patula L., Taraxacum officinala Wigg., Anchusa officinalis L., Linaria vulgaris Mill., Papever rhoeas L., Matricaria recutita L. Лесные культуры Capex pilosa Scop., Daucus carota L., Tnifolium campestre Schreb., Artemisia absinthium L., Impatiens noli - tangere L. развиваются даже в зимний период. Древесные породы представлены такими культурами: Quercus robur L., Betula verrucosa Ehrh., Salix caprea L., Carpinus betulus L., Fagus sylvatica L., Pinus sylvestris L, Robinia pseudoacacia L.

Изучение видовой и биологической структуры травяного покрова на отвалах угледобычи имеет важное значение, поскольку он в значительной мере влияет на возобновление древесных видов.

Одной из причин возникновения чрезвычайных ситуаций техногенного характера в регионе может стать подтопление потенциально опасных объектов при реструктуризации угольной промышленности региона. В результате подтопления выработанных шахт и выхода грунтовых вод на дневную поверхность под угрозой оказывается население города Нововолынска и прилегающих населенных пунктов (64,8 тыс. чел.), а также многочисленные административные здания и промышленные объекты. Среди промышленных объектов наибольшую угрозу несут потенциально опасные, в которые входят химически опасные, – 3; взрывоопасные  – 3; пожароопасные – 16, с каких 7 является объектами повышенной опасности. На химически опасных объектах Нововолынского региона используется 3 т аммиака и 2,397 т хлора. Аммиак в смеси с воздухом взрывоопасный и чрезвычайно токсичный. При влиянии аммиака с концентрацией 1200-2700 мг/м3 в течение 0,5-1 часа – возможна смерть человека. Предельно – допустимая концентрация аммиака в воздухе рабочей зоны составляет - 20 мг/м3.

Выводы. В связи с возможной угрозой, которая может повлечь реструктуризация угольных шахт региона необходимо создать систему мониторинга горнодобывающей промышленности которая сможет включить:

-        прогнозирование гидрологических изменений среды на объектовом, территориальном, региональном уровнях;

-        мониторинг процессов взаимодействия горнодобывающих районов с окружающими зданиями и сооружениями;

-        возможные последствия в связи с авариями на потенциально опасных объектах.

Библиографические ссылки:

, Осокин выделения из пиритсодержащей горной пород элементной серы под действием тионовых бактерий. - М.: Международная ассоциация авторов научных открытий, диплом № 79 на открытие, 1998. Кучерявый . – Львов: „ Мир ”, 2003. – 540 с. Федотов ландшафты: теория, региональные структуры, практика. – Воронеж: Изд-во Воронеж. ун-та, 1985. – 189 с.